任波
奇石乐机电科技（上海）有限公司 201318
摘要：新能源电机是这几年的发展主流，对于节约能耗，降低环境污染具有重要意义。本文首先介绍新能源汽车动力总成，其次探讨单电机测试系统构成和控制流程，最后阐述测试项介绍和控制。
关键词：西门子PLC 测试仪器 测试项
前言
近20年来我国的经济迅猛发展，国民生活水平大幅度提高，人民对汽车的要求大大提高，但是我国的石油资源短缺，石油进口量以每年两位数字的百分比增长，未来10～15年内能源缺口将达到60%，环境污染严重。大力发展新能源汽车，以电动机代替燃油机油，减少汽车尾气排放，既符合我国降低环境污染的要求，也是全世界汽车产业发展的方向。新能源汽车电机、逆变器和减速箱三合一体的动力总成系统是新能源汽车核心部件，新能源电机测试系统是新能源电机质量的保障。
一、新能源汽车动力总成简介
（1）单电机测试：只对新能源汽车动力总成的电机进行测试。
（2）二合一：二合一分为新能源汽车电机加逆变器，电机加减速箱两类，测试站针对这两种产品进行测试
（3）三合一：三合一是新能源汽车电机、逆变器和减速箱三个部分为一 个整体进行测试。
这三大类的总成测试方法并不相同，下面只针对单电机测试系统的组成和测试流程进行说明。
二、单电机测试系统构成和控制流程
单电机测试系统分为机械系统和电气系统，具体如下：
（一）机械系统
机械系统包括两个测试站，在两个测试站间输送电机的线体、输送电机的托盘，和装卸夹电机的气缸等组成。
（二）电气系统
整个电气控制系统采用西门子PLC系统，西门子安全PLC系统，西门子S120伺服电机系统，软件系统；测试仪器；MES系统。PLC控制整个系统动作流程和S120驱动系统；S120伺服系统控制新能源电机运行，安全PLC系统控制整个电气系统安全回路，当安全回路触发后整个测试站全部停止工作；测试仪器检测新能源汽车静态测试和动态测试数据（测试项在第三章详细介绍）；软件系统和PLC系统配合完成测试流程；MES系统（由电机厂商提供）下发工艺配方。
（三）控制流程
控制模式分为三种即手动模式、复位模式和自动模式。三种模式由操作箱上的钥匙开关控制，当钥匙开关在手动模式时，只能在触摸屏上手动启动S120伺服各个气缸动作，主要功能是用来检查各个机构是否正常，装夹气缸上的磁开关工作是否正常等工作。复位模式是为自动模式做准备，汽缸都会有慢慢泄气的情况，在装夹气缸不在初始位时如果电机被线体运输到测试站就会造成机械碰撞损坏设备，所以电机进入测试站的前提条件是测试站在初始位置，如果测试站不在初始位置就要利用复位功能，将钥匙开关旋到复位模式后按下复位按钮3S钟整个测试站会通过PLC程序控制自动复位到初始位，同时初始位指示灯亮起。电机在装配站进行装配再经装配站线体输送到测试系统前缓存挡停处，当钥匙开关在自动模式并且按下启动按钮，同时自动模式指示灯亮起，缓存挡停放行后进入第一个测试站由软件和MES系统通讯确定电机型号，工艺参数和当前装配的电机是否合格，当数据不满足条件时，当前站直接放行到维修区，当所以数据都满足时PLC系统控制安全门落下，当安全门落下时有异物被压例如：操作工手臂，安全门自动抬起。
安全门落下后PLC控制机械系统对电机进行装夹固定，PLC系统和软件系统协调控制检测仪器和S120伺服系统进行相关测试项测试。测试完成后将测试结果上传给MES系统，PLC系统控制机械系统将电机卸下并放行到第二个测试站。第二个测试站操作和控制过程和第一个测试站相同，只是测试项不同。当两个测试站测试完成并且产品合格，经线体运输到装配的激光打码站进行激光打码，最后装箱入库，不合格产品进行返修和报废处理。
三、测试项介绍和控制
新能源汽车测试项分为静态测试和动态测试，静态测试包含有绝缘测试，耐压测试（绝缘测试和耐压测试我们统称为安规测试）这两项测试尤其重要，这是驾驶人员的安全保障；电机转子三相电阻测试、动态测试包含有电机磨合、震动测试、旋变角度识别等。
（一）绝缘测试
主要检查产品转子三相绕组间绝缘和三相绕组对电机外壳绝缘，具体方法时利用专业的测试仪器在两相绕组或三相绕组和电机外壳之间加1000V直流电压得出其对应的电阻值，一般这个值都是GΩ级别的电阻，通过绝缘测试能检查出三相绕组的漆包线是否有绝缘不好，三相绕组和电机外壳是否有绝缘不好。
（二）耐压测试
耐压测试时检测电机三相绕组对电机外壳耐压性的测试，测量方案和绝缘测试有点类似，也是利用专业的测量仪器在三相绕组和电机外壳之间施加1300V的直流电压，检测三相绕组和电机外壳之间的漏电流大小，一般为mA级别。耐压检测的目的是检测电机电池是否能击穿三相绕组，导致电机漏电，保障驾驶人员人身安全。
由于绝缘测试和耐压测试要施加高电压所以安全尤其重要，我们将安全回路硬件直接和测试仪器硬件使能连接，当外界安全回路被触发例如急停按钮按下，安全门打开时测试仪器立即停止工作并保证输出电压为0V，以保证人员安全。在车辆使用过程中如果绝缘和耐压不良还会影响到驾驶员的人身安全按。所以安规测试是电机测试系统中比较重要的测试项。
（三）电机转子三相电阻测试
两线测电阻在测量电阻时，万用表既提供整个回路的电压也提供整个回路的电流，电流在通过未知电阻，导线相当于两个电阻，万用表测量得到的电压是未知电阻和导线电压，未知电阻电压会下降，当被测电阻较大时可以忽略线电阻影响。由公式R=U2/P当电压恒定时功率和电阻成反比，新能源电机功率较大所以电阻很小，我们这个项目的电机电阻大概再8mΩ, 如果采用两线测电阻线电阻对被测物电阻影响较大，所以不能用两线测电阻，要采用四线测电阻的方法，电路图如下：
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我们提供一个恒定电流源Im，不管电阻R值大小这个电流Im永远恒定，恒流源、被测电阻R和线电阻RL构成一个回路，所以电压表Vm测量的电压不包括RL的电压，由于电压Vm的阻抗高为MΩ，流过R和RL1的电流几乎为0，所以Vm测量的就是R的电压，经过公式R=Um/Im，能准确地得出电阻R的阻值，所以测小电阻时要采用四线制测电阻。我们可以采用专业的四线电阻测试仪对电机转子三相电阻进行电阻平衡检测。电机单圈绕组阻值和圈数固定，并且电机电阻较小，所以利用这种方法能检测出电机在缠绕组时的圈数是否正确，确保电机质量。
（四）电机磨合
电机磨合时通过PLC控制S120带动电机运行，根据不同厂家工艺不同电机运行的转数有所不同，一般来讲我们设定的运行转数是由低到高设置。我们这个项目的电机最大转数为12000转，设置参数为3000，5000，8000和11000转。S120伺服驱动器以100转/秒的加速度驱动电机到3000转并保持3000转速度2S，再以同样的加速度减速到0保持2S，这样重复两次后3000转磨合结束，其他转数的磨合方法和3000转相同。所有转数全部测试完成后电机磨合结束。
（五）震动测试
震动测试是电机测试中比较重要的一个测试项，如果电机本身震动较大经过减速箱再连接到汽车驱动轮上会将震动放大，会大大降低驾驶员的驾驶舒适感，严重的会影响驾驶人员和车辆安全。具体的测试方法是采用专业的震动仪器进行测试，将震动测试仪配套的震动传感器安装在需要测试的检测点上，这里可以是一个或多个检测点，一般检测点是由电机厂根据不同型号电机容易产生震动的位置进行安装，由PLC控制S120伺服系统驱动电机运行到一定转数，在电机速度上升和速度稳定阶段利用震动传感器采集信号并把信号传送给震动测试仪进行分析，把分析的数据与电机厂商提供的数据进行比较，判断电机振动是否合格。
（六）旋变角度识别
旋变即旋转变压器，是由经过特殊电磁设计的高性能硅钢叠片和漆包线构成的，具有耐热、抗振和抗冲击能力强，耐油污，耐腐蚀能力出众，能在恶劣的环境中工作，价格比编码器低等优点，所以被广泛的运用于新能源电机速度反馈。旋变的转子安装在电机输出轴上，实时反馈电机的转数。由于在安装旋转变压器时不能保证电气角度和机械角度完全一致，所以要进行旋转变压器角度识别。旋转变压器是一种输出电压与转子转角保持一定函数关系的感应式微电机，它是一种将角度位移转换为电信号的位移传感器，我们可以利用PLC程序控制S120伺服驱动器来识别旋变角度数值，这里要用到西门子一种通讯方式叫非周期通讯，因为每个电机的旋变角度不同所以不能按照S120普通参数处理，例如电机转速、报文等是直接配置在参数里，但是旋变角度需要识别每个电机安装时造成的电气和机械角度，当进行旋变识别时PLC控制S120向电机发送命令使电机运行，直到运行到电气角度和机械安装角度相等时，记录下旋转的角度并保存在S120中。旋变角度很重要，在二合一和三合一总成里都要用到。在做二合一和三合一总成测试时要将旋变角度写入逆变器中，才能保证逆变器读取的电机转速正确。
结束语
新能源汽车有着污染小、维护保养简单等优点，以后会广泛地应用于家用汽车和公共交通中，新能源汽车电机测试系统是新能源汽车动力总成的质量保证，所以新能源汽车测试系统是新能源电机生产中比较重要的一环。
参考文献：
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